專利名稱：光控抓取裝置及抓取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料以及自動化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用光直接控制的抓取 裝置以及抓取方法。
背景技術(shù)：
抓取裝置是自動化裝置中的重要結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部位，傳統(tǒng)的抓取裝置是采用 伺服電機(jī)作為驅(qū)動器，通過傳動機(jī)構(gòu)將伺服電機(jī)的運(yùn)動傳遞到自動化裝置的末 端，或是采用氣動、液壓等驅(qū)動方式，這就需要自動化裝置具有電機(jī)、齒輪、 傳送帶等很多相關(guān)設(shè)備，這些設(shè)備的存在嚴(yán)重制約著自動化裝置的小型化，并 且電機(jī)、齒輪的介入使自動化裝置的操縱系統(tǒng)較為復(fù)雜。也有一些其他的驅(qū)動 方式，例如有人將形狀記憶合金應(yīng)用于抓取裝置中，但是形狀記憶合金很容易 受溫度的變化和和工作介質(zhì)的不同的影響，而且響應(yīng)速度也很難達(dá)到實(shí)際使用 的要求。
眾所周知，光具有快速、準(zhǔn)確、清潔環(huán)保，儲量豐富等一系列優(yōu)異的性能， 它是最好的遠(yuǎn)程控制方式，如果不需要任何其他傳動措施能用光直接控制抓取
裝置，那將會非常的方便，這也是人類多年的夢想。2003年，復(fù)旦大學(xué)俞燕蕾 教授和東京工業(yè)大學(xué)池田富樹教授合作研制出了光致彎曲液晶高分子材料 (Nature, 2003年425期，第145頁)，該材料在紫外光的照射下在數(shù)秒內(nèi)就能 夠產(chǎn)生三維的彎曲形變，在可見光或是熱的作用下形變又能夠回復(fù)，整個過程 重復(fù)進(jìn)行，材料本身卻不出現(xiàn)疲勞，這給光控抓取裝置的制備帶來了一絲希望。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種利用光照射即可實(shí)現(xiàn)抓取運(yùn)動的抓取裝 置，該抓取裝置可應(yīng)用于空間狹小、無法供電、強(qiáng)磁場等苛刻領(lǐng)域，克服了某 些環(huán)境下無法應(yīng)用裝置實(shí)施工作的缺陷。其采用的技術(shù)方案如下所述。
一種抓取裝置，至少包含底座，其中，該底座上設(shè)有手臂，該手臂上設(shè)有
3可產(chǎn)生抓取形變的抓取單元，所述抓取單元內(nèi)起抓取形變作用的部件由光致形 變材料制成。
其中，所述的抓取單元由兩層構(gòu)成，其中一層的材料由光致形變材料構(gòu)成， 另一層的材料由柔性高分子材料構(gòu)成，層與層之間通過粘結(jié)劑粘結(jié)，所述的抓 取單元的形狀為半圓形，所述光致形變材料所在層的兩端分別設(shè)有鉤形抓取結(jié) 構(gòu)。
其中，所述的柔性高分子材料優(yōu)選為聚乙烯、聚丙烯、天然橡膠中的一種， 或者有它們構(gòu)成的復(fù)合高分子材料，優(yōu)選聚乙烯材料。
其中，所述的粘結(jié)劑選自聚丙烯酸酯類粘結(jié)劑、聚氨酯類粘結(jié)劑、環(huán)氧樹 脂類粘結(jié)劑、橡膠類粘結(jié)劑中的一種，優(yōu)選為環(huán)氧樹脂類粘結(jié)劑。
本發(fā)明的另一 目的在于提供一種驅(qū)動抓取裝置的方法，其采用的技術(shù)方案 如下所述。
一種抓取方法是利用光照射抓取裝置上的抓取單元上的光致形變材料使該 抓取單元發(fā)生形變從而控制抓取裝置的動作。
其中，所述的抓取單元由兩層構(gòu)成，其中一層的材料由光致形變材料構(gòu)成， 另一層的材料由柔性高分子材料構(gòu)成，層與層之間通過粘結(jié)劑粘結(jié)，所述的抓 取單元的形狀為半圓形，所述光致形變材料所在層的兩端分別設(shè)有鉤形抓取結(jié) 構(gòu)。
其中，光照射光致形變材料構(gòu)成的層使該層產(chǎn)生收縮，關(guān)閉光照使該層恢 復(fù)原始狀態(tài)。
本發(fā)明提供的光控抓取裝置以及抓取方法對于現(xiàn)在的技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn) 及效果
(1) 本發(fā)明中的抓取裝置不再是傳統(tǒng)的電驅(qū)動型，不再需要電機(jī)、減速器、 齒輪、傳送帶等一系列相關(guān)的結(jié)構(gòu)，極大地簡化了抓取裝置的設(shè)計，由于執(zhí)行 機(jī)構(gòu)以及操作機(jī)構(gòu)都相對簡單，本發(fā)明提供的抓取裝置尺寸明顯減??；
(2) 與現(xiàn)有的其他驅(qū)動方式相比較，光驅(qū)動快速、精確、環(huán)保、能耗小， 并且具有可遠(yuǎn)程操作等其他驅(qū)動方式所不具備的特點(diǎn)；
(3) 抓取裝置各部件的材料是以高分子材料為主，部件較少，原料價格低 廉，易于產(chǎn)業(yè)化。
4(4)抓取裝置各個部件之間的材料兼容性較好，因此可以根據(jù)不同的需要 對抓取裝置進(jìn)行改裝，只要將執(zhí)行不同動作的部位按照一定的順序組裝起來就 可以實(shí)現(xiàn)所需要的功能，與傳統(tǒng)的電驅(qū)動抓取裝置相比，具有極高的靈活度。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例中一種光控抓取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
附圖中標(biāo)記的含義
I 底座
II 上層
13 鉤形抓取結(jié)構(gòu)
10 抓取單元 12 下層 100 手臂
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)依據(jù)附圖并結(jié)合下述具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。 實(shí)施例
請見圖1所示， 一種光控抓取裝置至少包括底座1，該底座1上設(shè)有手臂 100，所述的手臂100的尾端固定于底座1之上，手臂100上設(shè)有抓取單元10， 所述手臂100通過粘結(jié)劑和抓取單元10相連接，所述的手臂100由柔性高分子 材料構(gòu)成，這里選用的是單向拉伸低密度聚乙烯薄膜。所述的抓取單元10由兩 層構(gòu)成，上層11由光致形變材料構(gòu)成，形狀為半圓形，具體選用的是專利CN 101225137A中具體實(shí)施方式
制備得到的材料，下層12由柔性高分子材料構(gòu)成， 形狀為半圓形，這里選用的是單向拉伸低密度聚乙烯薄膜，層與層之間通過粘 結(jié)劑粘結(jié)，所述的上層11的兩端分別設(shè)有鉤形抓取結(jié)構(gòu)13。前面所述的光致形 變材料及其制備方法可選自公開號為CN 101225137A
公開日為2008年7月23 日的發(fā)明專利中的材料及方法、公開號為CN 101041779A
公開日為2007年9 月26日的發(fā)明專利中的材料及方法或者申請?zhí)枮橹袊鴮＠暾?00910045903.0
的發(fā)明專利中的材料及制備方法。所述的光致形變材料所在的層的厚度為20微 米，所述的單向拉伸低密度聚乙烯薄膜所在的層厚度為12微米，單向拉伸低密 度聚乙烯薄膜的密度為0.92g/cm3。所述的粘結(jié)劑選用的是環(huán)氧樹脂。下面描述所述的抓取裝置是如何被光驅(qū)動實(shí)現(xiàn)抓取物體的功能。所述的光 致形變材料在光的作用下可產(chǎn)生形變，這個過程將光能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)器能，在 本發(fā)明中就利用了光致形變材料這一特點(diǎn)，將光致形變材料與傳統(tǒng)高分子材料 相結(jié)合制成了類似于人手的單元，這個單元中各種材料相配合實(shí)現(xiàn)了物體抓取
功能。請見抓取單元10，其將光致形變材料與柔性高分子材料分別作為上下層
然后形成整個抓取單元呈半圓形的結(jié)構(gòu)，光致形變材料所在的上層11在光的照
射下表面會產(chǎn)生收縮，故所述抓取單元io在外層收縮力的作用下開始展開令所
述的半圓形的結(jié)構(gòu)的弧形變大(類似于人手的張開)，然后關(guān)閉光源，此時下層
12的柔性高分子材料的彈力將弧形變大的結(jié)構(gòu)拉回至初始的半圓形結(jié)構(gòu)(類似 于人手的閉合)，由于上層11的兩端分別設(shè)有鉤形抓取結(jié)構(gòu)13，該抓取結(jié)構(gòu)可 以牢固的鉤住待抓取的物品，通過上述的過程可以實(shí)現(xiàn)抓取單元IO將物體抓住 的功能。
以上的描述和附圖表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例?？梢岳斫?，在不背離由所 附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的原理的精神和范圍的條件下，各種增加、變形和 替換都應(yīng)被包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種光控抓取裝置，至少包含底座，其特征在于，該底座上設(shè)有手臂，該手臂上設(shè)有可產(chǎn)生抓取形變的抓取單元，所述抓取單元內(nèi)起抓取形變作用的部件由光致形變材料制成。
2、 如權(quán)利要求1所述的光控抓取裝置，其特征在于，所述的抓取單元由兩 層構(gòu)成，其中一層的材料由光致形變材料構(gòu)成，另一層的材料由柔性高分子材 料構(gòu)成，層與層之間通過粘結(jié)劑粘結(jié)，所述的抓取單元的形狀為半圓形，所述 光致形變材料所在層的兩端分別設(shè)有鉤形抓取結(jié)構(gòu)。
3、 如權(quán)利要求2所述的光控抓取裝置，其特征在于，所述的柔性高分子材 料優(yōu)選為聚乙烯、聚丙烯、天然橡膠中的一種，或者有它們構(gòu)成的復(fù)合高分子 材料，優(yōu)選聚乙烯材料。
4、 如權(quán)利要求2所述的光控抓取裝置，其特征在于，所述的粘結(jié)劑選自聚 丙烯酸酯類粘結(jié)劑、聚氨酯類粘結(jié)劑、環(huán)氧樹脂類粘結(jié)劑、橡膠類粘結(jié)劑中的 一種，優(yōu)選為環(huán)氧樹脂類粘結(jié)劑。
5、 一種抓取方法，其特征在于，利用光照射抓取裝置上的抓取單元上的光 致形變材料使該抓取單元發(fā)生形變從而控制抓取裝置的抓取動作。
6、 如權(quán)利要求5所述的抓取方法，其特征在于，所述的抓取單元由兩層構(gòu) 成，其中一層的材料由光致形變材料構(gòu)成，另一層的材料由柔性高分子材料構(gòu) 成，層與層之間通過粘結(jié)劑粘結(jié)，所述的抓取單元的形狀為半圓形，所述光致 形變材料所在層的兩端分別設(shè)有鉤形抓取結(jié)構(gòu)。
7、 如權(quán)利要求5所述的抓取方法，其特征在于，光照射光致形變材料構(gòu)成 的層使該層產(chǎn)生收縮，關(guān)閉光照使該層恢復(fù)原始狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光控抓取裝置，至少包含底座，其中，該底座上設(shè)有手臂，該手臂上設(shè)有至少可產(chǎn)生抓取形變的單元，所述抓取單元內(nèi)起形變作用的部件由光致形變材料制成。本發(fā)明還提供了一種抓取方法，即利用光照射抓取裝置的抓取單元上的光致形變材料使該抓取單元發(fā)生形變從而實(shí)現(xiàn)抓取功能。本發(fā)明中的光控抓取裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及操作機(jī)構(gòu)都相對簡單，其尺寸可以做到較?。槐景l(fā)明提供的抓取方法還具有快速、精確、環(huán)保、能耗小的優(yōu)點(diǎn)，并且具有可遠(yuǎn)程操作等其他驅(qū)動方式所不具備的特點(diǎn)。
文檔編號B25J15/08GK101579859SQ20091005315
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者俞燕蕾, 尹若元, 程伏濤, 章園園 申請人:復(fù)旦大學(xué)